Сетевая модель данных реферат

Обновлено: 30.06.2024

Во многих сферах все чаще приходится работать с данными из разных источников, каждый из которых связан с определенным видом деятельности. Хранение информации является одной из важнейших функций компьютера. Одним из распространенных средств хранения данных – базы данных.

База данных – это упорядоченное хранение какой-либо информации. То есть, информация хранится в упорядоченном или систематизированном виде. Видов систематизации, упорядочивания и хранения информации может быть множество. Каждый из способов хранения информации отвечает каким-либо специфическим требованиям или предназначен для выполнения каких-либо определенных действий.

Основой любой базы данных является модель данных. Модель данных – это совокупность структур данных и операций их обработки. С ее помощью могут быть представлены информационные объекты и их взаимосвязи.

Выделяют три основных типа моделей данных: иерархическую, сетевую и реляционную.

Иерархическая модель данных

Организация данных в СУБД иерархического типа определяется в терминах: элемент, агрегат, запись (группа), групповое отношение, база данных.

Атрибут (элемент данных) - наименьшая единица структуры данных. Обычно каждому элементу при описании базы данных присваивается уникальное имя. По этому имени к нему обращаются при обработке. Элемент данных также часто называют полем.

Запись - именованная совокупность атрибутов. Использование записей позволяет за одно обращение к базе получить некоторую логически связанную совокупность данных. Именно записи изменяются, добавляются и удаляются. Тип записи определяется составом ее атрибутов. Экземпляр записи - конкретная запись с конкретным значением элементов

Групповое отношение - иерархическое отношение между записями двух типов. Родительская запись (владелец группового отношения) называется исходной записью, а дочерние записи (члены группового отношения) - подчиненными. Иерархическая база данных может хранить только такие древовидные структуры.

Иерархическая модель данных представляет собой совокупность элементов данных, расположенных в порядке их подчинения и образующих по структуре перевернутое дерево (рис. 1). К основным понятиям иерархической модели данных относятся: уровень, узел и связь. Узел – это совокупность атрибутов данных, описывающих информационный объект.

Иерархическая структура должна удовлетворять следующим требованиям:  каждый узел на более низком уровне связан только с одним узлом, находящимся на более высоком уровне;  существует только один корневой узел на самом верхнем уровне, не подчиненный никакому другому узлу;  к каждому узлу существует ровно один путь от корневого узла.

Рисунок 1 - Иерархическая модель данных

Сетевая модель данных

Сетевая модель, как и иерархическая, отражает взаимосвязь информационных объектов. Она базируется на тех же основных понятиях: узел, уровень, связь. Основным ее отличием является то, что каждый элемент одного уровня в сетевой модели может быть связан с любым количеством элементов другого уровня.

Каждый узел имеет имя (идентификатор).
Узлы одного уровня образуют один класс объектов.
Каждый узел одного уровня может быть связан с произвольным количеством узлов другого уровня.

Рисунок 2- Сетевая модель данных

Реляционная модель данных

Реляционная модель данных использует организацию данных в виде двумерных таблиц. Каждая такая таблица, называемая реляционной таблицей или отношением, представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

 все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в одном столбце имеют одинаковый тип и максимально допустимый размер;

 каждый столбец имеет уникальное имя;

 одинаковые строки в таблице отсутствуют;

 порядок следования строк и столбцов в таблице не имеет значения.

Основными структурными элементами реляционной таблицы являются поле и запись. Поле (столбец реляционной таблицы) – элементарная единица логической организации данных, которая соответствует конкретному атрибуту информационного объекта. Запись (строка реляционной таблицы) – совокупность логически связанных полей, соответствующая конкретному экземпляру информационного объекта.

В реляционной модели каждая таблица описывает один класс объектов.

Над данной моделью базы удобно производить следующие действия:

-сортировку данных (например, по алфавиту);
-выборку данных по группам (например, по датам рождения или по фамилиям);
- поиск записей (например, по фамилиям) и т. д.

Рисунок 3 - Основные структурные элементы реляционной таблицы

Каждый элемент таблицы — один элемент данных. Элементом таблицы является ячейка. Данное свойство означает, что в одной ячейке реляционной таблицы не может указываться более одного значения параметра. Ниже показано правильное и неправильное представление данных.

Рисунок 4- представление данных в таблице

Объектно-ориентированные и гибридные модели данных

Использование объектно-ориентированной модели данных (ООМД). Моделирование данных в ООМД базируется на понятии объекта. ООМД обычно применяется в сложных предметных областях, для моделирования которых не хватает функциональности реляционной модели (например, для систем автоматизации проектирования (САПР), издательских систем и т.п.).

Переход к объектно-ориентированным моделям данных связан с процессом переноса в них огромных объемов информации, которая в настоящее время хранится преимущественно в реляционных базах данных.

Объектно-ориентированная (объектная) СУБД - система управления базами данных, основанная на объектной модели данных. Эта система управления обрабатывает данные как абстрактные объекты, наделённые свойствами и использующие методы взаимодействия с другими объектами окружающего мира.

Появление объектно-ориентированных СУБД вызвано потребностями программистов на ОО-языках, которым были необходимы средства для хранения объектов, не помещавшихся в оперативной памяти компьютера. Также важна была задача сохранения состояния объектов между повторными запусками прикладной программы. Поэтому, большинство ООСУБД представляют собой библиотеку, процедуры управления данными которой включаются в прикладную программу.

Гибридные БД совмещают в себе возможности реляционных и объектно-ориентированных, поэтому их часто называют объектно-реляционными. Примером такой СУБД является Oracle, начиная с восьмой версии.

В гибридных объектно-реляционных базах данных объектно-ориентированный подход используется в создании интерфейса пользователя и алгоритма приложения. В то же время система таблиц формируется в рамках реляционной модели данных.

встраивание в объектно-ориентированный язык средств, предназначенных для работы с БД;
расширение существующего языка работы с базами данных объектно-ориентированными функциями;
создание объектно-ориентированных библиотек функций для работы с БД;
создание нового языка и новой объектно-ориентированной модели данных.

Среди недостатков ООМД следует отметить отсутствие общепринятой модели, недостаток опыта создания и эксплуатации ООБД, сложность использования и недостаточность средств защиты данных.

Структура ОО БД графически представима в виде дерева, узлами которого являются объекты. Свойства объектов описываются некоторым стандартным типом (например, строковым - string) или типом, конструируемым пользователем (определяется как class).

Типы и структуры данных объектной модели

В объектной модели данных вводятся две разновидности типов: литеральные и объектные типы. Литеральные типы данных - это обычные типы данных, принятые в традиционных языках программирования. Они подразделяются на базовые скалярные числовые типы, символьные и булевские типы (атомарные литералы), конструируемые типы записей (структур) и коллекций.

Инкапсуляция ограничивает область видимости имени свойства пределами того объекта, в котором оно определено.
Наследование, наоборот, распространяет область видимости свойства на всех потомков объекта.
Полиморфизм в объектно-ориентированных языках программирования означает способность одного и того же программного работать с разнотипными данными.

Основным достоинством объектно-ориентированной модели данных в сравнении с реляционной является возможность отображения информации о сложных взаимосвязях объектов. Объектно-ориентированная модель данных позволяет идентифицировать отдельную запись базы данных и определять функции их обработки.

Недостатками объектно-ориентированной модели являются высокая понятийная сложность, неудобство обработки данных и низкая скорость выполнения запросов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С ростом популярности СУБД появилось множество различных моделей данных. У каждой из которых есть как плюсы, так и минусы, которые сыграли ключевую роль в развитии реляционной модели данных, появившейся благодаря стремлению упростить и упорядочить первые модели данных.

Современные базы данных ориентированы на определенную предметную область и организованы на основе некоторого подмножества данных. Модели данных используются, как для концептуального, так и для логического и физического представления данных.

Основное различие между этими моделями данных состоит в способах описания взаимодействий между объектами и атрибутами.

Возможности баз данных полезны в областях, связанных с долговременным управлением информацией, таких как электронные библиотеки и хранилища данных, и так далее.

Разница между иерархической моделью данных и сетевой. Реализация групповых отношений в сетевой модели. Статические и динамические ограничения целостности. Преимущества и недостатки сетевой модели данных, ее применение и характеристика основных операций.

Рубрика	Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	09.12.2013
Размер файла	34,3 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

1. Сетевая модель данных

2. Структуризация данных в СМД

3. Основные операции

4. Ограничения целостности

5. Достоинства и недостатки СМД

Список использованных источников

1. СЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ ДАННЫХ

Сетевая модель данных -- логическая модель данных, являющаяся расширением иерархического подхода, строгая математическая теория, описывающая структурный аспект, аспект целостности и аспект обработки данных в сетевых базах данных (далее - БД).

Разница между иерархической моделью данных и сетевой состоит в том, что в иерархических структурах запись-потомок должна иметь в точности одного предка, а в сетевой структуре данных у потомка может иметься любое число предков.

Сетевая БД состоит из набора экземпляров определенного типа записи
и набора экземпляров определенного типа связей между этими записями.

Тип связи определяется для двух типов записи: предка и потомка. Экземпляр типа связи состоит из одного экземпляра типа записи предка и упорядоченного набора экземпляров типа записи потомка. Для данного типа связи L с типом записи предка P и типом записи потомка C должны выполняться следующие два условия:

- каждый экземпляр типа записи P является предком только в одном экземпляре типа связи L;

- каждый экземпляр типа записи C является потомком не более чем в одном экземпляре типа связи L.

В 1971 группа DTBG (Database Task Group) представила в американский национальный институт стандартов отчет, который послужил в дальнейшем основой для разработки сетевых систем управления базами данных. Стандарт сетевой модели был создан в 1975 году организацией CODASYL (Conference of Data System Languages), которая определила базовые понятия модели и формальный язык описания.

Типичным представителем систем, основанных на сетевой модели данных, является СУБД IDMS (Integrated Database Management System), разработанная компанией Cullinet Software, Inc. и изначально ориентированная на использования на мейнфреймах компании IBM. Архитектура системы основана на предложениях DBTG организации CODASYL. В настоящее время IDMS принадлежит компании Computer Associates.

2. СТРУКТУРИЗАЦИЯ ДАННЫХ В СЕТЕВЫХ МОДЕЛЯХ ДАННЫХ

Структуризация данных базируется на использовании концепций "агрегации" и "обобщения". Один из первых вариантов структуризации данных был предложен Ассоциацией по языкам обработки данных ( Conference on Data Systems Languages, CODASYL):

- Элемент данных - минимальная информационная единица доступная пользователю.

- Агрегат данных - именованная совокупность элементов данных внутри записи или другого агрегата, которую можно рассматривать как единое целое. Имя агрегата используется для его идентификации в схеме структуры данного более высокого уровня. Агрегат данных может быть простым, если состоит только из элементов данных, и составным, если включает в свой состав другие агрегаты.

- Запись - совокупность агрегатов или элементов данных, отражающих некоторую сущность предметной области. Иными словами, запись - это агрегат, который не входит в состав никакого другого агрегата и может иметь сложную иерархическую структуру, поскольку допускается многократное применение агрегации. Имя записи используется для идентификации типа записи в схемах типов структур более высокого уровня.

- Тип записей - эта совокупность подобных записей. Тип записей представляет некоторый класс реального мира.

Наборы бывают нескольких видов:

1. С одними и теми же типами записей, но разными типами наборов.

2. Наборы из трех записей и более, в том числе с обратной связью.

3. Сингулярный набор (только один экземпляр). У такого набора нет естественного владельца и в качестве него выступает система.
В дальнейшем такие наборы могут приобрести запись - владельца.

Рисунок 1 - Структуризация данных

Особенности построения сетевой модели данных

- База данных может состоять из произвольного количества записей и наборов различных типов.

- Связь между двумя записями может выражаться произвольным количеством наборов.

- В любом наборе может быть только один владелец.

- Тип записи может быть владельцем в одних типах наборов и членом
в других типах наборов.

- Тип записи может не входить ни в какой тип наборов.

- Допускается добавление новой записи в качестве экземпляра владельца, если экземпляр-член отсутствует.

- При удалении записи-владельца удаляются соответствующие указатели на экземпляры-члены, но сами записи-члены не уничтожаются (сингулярный набор).

Реализация групповых отношений в сетевой модели осуществляется
с использованием указателей (адресов связи или ссылок), которые устанавливают связь между владельцем и членом группового отношения. Запись может состоять в отношениях разных типов (1:1, 1:M, M:M). Заметим, что если один из вариантов установления связи 1:1 очевиден (в запись - владелец отношения, поля которой соответствуют атрибутам сущности, включается дополнительное поле - указатель на запись - член отношения), то возможность представления связей 1:M и M:M таким же образом весьма проблематична. Поэтому наиболее распространенным способом организации связей в сетевых СУБД является введение дополнительного типа записей, полями которых являются указатели.

3. ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ

сетевая модель данный

- Операция ЗАПОМНИТЬ позволяет занести в БД новую запись
и автоматически включить эту запись в групповые отношения, где она объявлена подчиненной с соответствующим режимом включения.

- Операция ВКЛЮЧИТЬ В ГРУППОВОЕ ОТНОШЕНИЕ позволяет существующю запись связать с с записью-владельцем.

- Операция ПЕРЕКЛЮЧИТЬ дает возможность подчиненную запись связать с записью-владельцем в том же групповом отношении.

- Операция ОБНОВИТЬ изменять значения элементов записей, существующих в БД. Перед выполнением этого оператора соответствующая запись предварительно должна быть извлечена.

- Операция ИЗВЛЕЧЬ позволяет последовательно (т.е. перебирая) извлечь запись. Запись можно извлечь по значению первичного ключа или используя групповые отношения, в которых они участвуют. Так, от владельца можно перейти к записям - членам, а от записи-члена перейти к владельцу группового отношения.

- Операция УДАЛИТЬ дает возможность убрать из БД ненужную запись. Если удаляемая запись объявлена владельцем в групповом отношении, то анализируется класс членства подчиненных записей. Обязательные члены должны быть предварительно откреплены от этого владельца, т.е. удалены
из группового отношения, фиксированные будут удалены вместе с ним,
а необязательные останутся в БД.

- Операция ИСКЛЮЧИТЬ ИЗ ГРУППОВОГО ОТНОШЕНИЯ позволяет разорвать связь между записью-владельцем и записью-членом группового отношения, сохранив обе в БД.

Использования сетевой модели

Сетевые модели также создавались для мало ресурсных ЭВМ. Это достаточно сложные структуры, состоящие из "наборов" - поименованных двухуровневых деревьев. "Наборы" соединяются с помощью "записей-связок", образуя цепочки и т.д. При разработке сетевых моделей было выдумано множество "маленьких хитростей", позволяющих увеличить производительность СУБД, но существенно усложнивших последние. Прикладной программист должен знать массу терминов, изучить несколько внутренних языков СУБД, детально представлять логическую структуру базы данных для осуществления навигации среди различных экземпляров, наборов, записей и т.п. Один из разработчиков операционной системы UNIX сказал "Сетевая база - это самый верный способ потерять данные".

СУБД, поддерживающие сетевую модель, широко использовались на вычислительных системах серии IBM 360/370 (ЕС ЭВМ). В качестве примеров таких систем можно указать IDMS, UNIBAD (БАНК), аналоги СЕДАН, СЕТОР. На персональных компьютерах сетевые СУБД не получили широкого распространения. Примером сетевой СУБД для персонального компьютера является db_VISTA III. Отметим, что система db_VISTA реализована на языке С и поэтому является переносимой. Система может эксплуатироваться на ПЭВМ типа IBM PC, SUN, Macintosh.

4. ОГРАНИЧЕНИЯ ЦЕЛОСТНОСТИ

Ограничения целостности - это правила, которым должны удовлетворять значения элементов данных. Ограничения целостности делятся на:

* явные (включаются в структуру базы данных с помощью средств языка контроля данных (DCL, Data Control Language))

*неявные (определяются самой структурой данных).

Также различают статические и динамические ограничения целостности. Статические ограничения присущи всем состояниям ПО, а динамические определяют возможность перехода ПО из одного состояния в другое. За выполнением ограничений целостности следит СУБД в процессе своего функционирования. Она проверяет ограничения целостности каждый раз, когда они могут быть нарушены (например, при добавлении данных, при удалении данных и т.п.), и гарантирует их соблюдение. Таким образом, ограничения целостности обеспечивают логическую непротиворечивость данных при переводе БД из одного состояния в другое.

5. ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ СМД

1.Стандартизация. Появление стандарта CODASYL, который определил базовые понятия модели и формальный язык описания.

2.Быстродействие. Быстродействие сетевых баз данных сравнимо
с быстродействием иерархических баз данных.

3.Гибкость. Множественные отношения предок/потомок позволяют сетевой базе данных хранить данные, структура которых была сложнее простой иерархии.

4.Универсальность. Выразительные возможности сетевой модели данных являются наиболее обширными в сравнении с остальными моделями.

5.Возможность доступа к данным через значения нескольких отношений (например, через любые основные отношения).

1. Жесткость. Наборы отношений и структуру записей необходимо задавать наперёд. Изменение структуры базы данных ведет за собой перестройку всей базы данных. Связи закреплены в записях в виде указателей. При появлении новых аспектов использования этих же данных может возникнуть необходимость установления новых связей между ними. Это требует введения в записи новых указателей, т.е. изменения структуры БД, и, соответственно, переформирования всей базы данных.

2. Сложность. Сложная структура памяти.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

2. Кузнецов С.Д. Базы данных. Вводный курс. - М.: Майор,2008. - 176с.

Подобные документы

Характеристика сетевой модели данных и ее достоинства. Построение иерархической модель данных по принципу иерархического подчинения типов объектов, приведение ее к виду дерева введением избыточности. Реляционная модель, основанная на теории отношений.

реферат [227,1 K], добавлен 28.11.2011

Модель данных как совокупность структур данных и операций их обработки. Иерархическая, сетевая и реляционная модели данных, их основные преимущества и недостатки. Операции над данными, определенные для каждой из моделей, ограничения целостности.

реферат [128,4 K], добавлен 16.02.2012

Характеристика реляционной, иерархической и сетевой моделей баз данных. Анализ методов проектирования (декомпозиция, синтез, объектная связь), организации, обновления, восстановления, ограничений, поддержания целостности данных на примере СУБД Ms Access.

дипломная работа [347,4 K], добавлен 13.02.2010

Преимущества и недостатки иерархической модели данных. Целостная часть реляционной модели данных. Базовые требования целостности сущностей и по ссылкам. Ограничения целостности сущности и по ссылкам. Аксиомы Армстронга, аномалии обновления и их виды.

контрольная работа [262,3 K], добавлен 05.02.2011

Сущность и характеристика типов моделей данных: иерархическая, сетевая и реляционная. Базовые понятия реляционной модели данных. Атрибуты, схема отношения базы данных. Условия целостности данных. Связи между таблицами. Общие представления о модели данных.

курсовая работа [36,1 K], добавлен 29.01.2011

Сущность и предназначение сетевой модели данных TCP/IP. Уровень приложений TCP/IP. Схема работы веб-браузера. Транспортный уровень TCP/IP. Схема использования служб Ethernet протоколом IP. Этапы передачи данных узлом в реальной физической среде сети.

доклад [791,9 K], добавлен 02.04.2012

Базы данных и их использование в вычислительной технике. Особенности и основная конструктивная единица сетевой модели данных. Иерархическая модель, объекты предметной области. Реляционная модель, ее наглядность, представление данных в табличной форме.

Файлы: 1 файл

Сетевые модели базы данных.docx

Сетевые и иерархические модели базы данных

Сетевые модели базы данных

Итак, что же такое сетевая модель данных и что она представляет?

Сетевая модель данных - это логическая модель данных, представляющая данные сетевыми структурами и связанными отношениями мощности один-к-одному или один-ко-многим.

В отличие от реляционной модели, связи в ней образуются наборами, которые реализуются с помощью указателей. Сетевые модели данных являются расширенной версией иерархической модели, однако основным отличием является то, что в сетевых моделях данных имеются указатели в обоих направлениях, которые соединяют родственную информацию.

Сетевую модель можно представить узлами, которые являются записью. Сегменты данных в сетевых БД могут иметь множественные связи с сегментами старшего уровня. При этом направление и характер связи в сетевых БД не являются столь очевидными, как в случае иерархических БД. Поэтому имена и направление связей должны идентифицироваться при описании БД.

Состоит сетевая модель данных из основных элементов:

элемент данных
агрегат данных
запись
тип записей
набор

Особенности построения сетевой модели данных:

База данных может состоять из произвольного количества записей и наборов различных типов.
Связь между двумя записями может выражаться произвольным количеством наборов.
В любом наборе может быть только один владелец.
Тип записи может быть владельцем в одних типах наборов и членом в других типах наборов.
Тип записи может не входить ни в какой тип наборов.
Допускается добавление новой записи в качестве экземпляра владельца, если экземпляр-член отсутствует.
При удалении записи-владельца удаляются соответствующие указатели на экземпляры-члены, но сами записи-члены не уничтожаются (сингулярный набор).

Преимущества сетевой модели данных:

Стандартизация. Появление стандарта CODASYL, который определил базовые понятия модели и формальный язык описания.
Быстродействие. Быстродействие сетевых баз данных сравнимо с быстродействием иерархических баз данных.
Гибкость. Множественные отношения предок/потомок позволяют сетевой базе данных хранить данные, структура которых была сложнее простой иерархии.
Универсальность. Выразительные возможности сетевой модели данных являются наиболее обширными в сравнении с остальными моделями.
Возможность доступа к данным через значения нескольких отношений (например, через любые основные отношения).

Недостатки сетевой модели данных:

Жесткость. Наборы отношений и структуру записей необходимо задавать наперёд. Изменение структуры базы данных ведет за собой перестройку всей базы данных. При появлении новых аспектов использования этих же данных может возникнуть необходимость установления новых связей между ними. Это требует введения в записи новых указателей, т.е. изменения структуры БД, и, соответственно, переформирования всей базы данных.
Сложность. Сложная структура памяти.

Пример сетевой базы данных:

На этом рисунке показаны три типа записи: Отдел, Служащие и Руководитель и три типа связи: Состоит из служащих, Имеет руководителя и Является служащим.

Иерархическая модель данных

Иерархическая модель данных — представление базы данных в виде древовидной (иерархической) структуры, состоящей из объектов различных уровней.

Между объектами существуют связи, каждый объект может включать в себя несколько объектов более низкого уровня. Такие объекты находятся в отношении предка (объект более близкий к корню) к потомку (объект более низкого уровня), при этом возможна ситуация, когда объект-предок не имеет потомков или имеет их несколько, тогда как у объекта-потомка обязательно только один предок. Объекты, имеющие общего предка, называются близнецами (в программировании применительно к структуре данных дерево устоялось название братья).

Структурная часть иерархической модели

Основными информационными единицами в иерархической модели данных являются сегмент и поле.

-Поле данных определяется как наименьшая неделимая единица данных, доступная пользователю.

-Для сегмента определяются тип сегмента и экземпляр сегмента. Экземпляр сегмента образуется из конкретных значений полей данных. Тип сегмента — это поименованная совокупность входящих в него типов полей данных.

Как и сетевая, иерархическая модель данных базируется на графовой форме построения данных, и на концептуальном уровне она является просто частным случаем сетевой модели данных. В иерархической модели данных вершине графа соответствует тип сегмента или просто сегмент, а дугам — типы связей предок — потомок. В иерархических структуpax сегмент — потомок должен иметь в точности одного предка.

Иерархическая модель представляет собой связный неориентированный граф древовидной структуры, объединяющий сегменты. Иерархическая БД состоит из упорядоченного набора деревьев.

В этой модели запрос, направленный вниз по иерархии, прост (например: какие заказы принадлежат этому покупателю); однако запрос, направленный вверх по иерархии, более сложен (например, какой покупатель поместил этот заказ). Также, трудно представить не-иерархические данные при использовании этой модели.

Иерархической базой данных является файловая система, состоящая из корневого каталога, в котором имеется иерархия подкаталогов и файлов.

Заключение

Современные БД основываются на использовании моделей данных, позволяющих описывать объекты предметных областей и взаимосвязи между ними. Модели данных используются для логического и физического представления данных.

Основное различие между моделями данных состоит в способах описания взаимодействий между объектами и атрибутами.

Во многих сферах, будь то деловая или личная, все чаще приходится работать с данными из разных источников, каждый из которых связан с определенным видом деятельности. Хранение информации является одной из важнейших функций компьютера. Одним из распространенных средств хранения данных – базы данных [1].

Иерархическая модель представляет собой совокупность элементов, расположенных в порядке их подчинения от общего к частному.

То есть, в иерархической БД каждый объект представляется в виде определенной сущности, то есть, у этой сущности могут быть дочерние элементы, родительские элементы, а у тех дочерних могут быть еще дочерние элементы, но есть один объект, с которого все начинается. Получается своеобразное структурное дерево (граф).

Сетевые базы данных, являются своеобразной модификацией иерархических баз данных. Отличаются от иерархических лишь тем, что у дочернего элемента может быть несколько предков, то есть, элементов стоящих выше него. Ниже на рисунке 1 приведен пример структуры сетевых баз данных.

Главной особенностью реляционных баз данных является, то, что объекты внутри таких баз данных хранятся в виде набора двумерных таблиц. То есть, таблица состоит из набора столбцов, в котором может указываться: название, тип данных (дата, число, строка, текст и так далее). Еще одной важной особенность реляционных БД является, то, что число столбцов фиксировано, то есть, структурабазы данных известна заранее, а вот число строк или рядов в реляционных базах данных ничем не ограничено, если говорить грубо, то строки в реляционных базах данных и есть объекты, которые хранятся в базе данных [2].

ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ СЕТЕВОЙ МОДЕЛИ ДАННЫХ. ОПИСАНИЕ

На разработку этого стандарта большое влияние оказал американский ученый Чарльз Уильям Бахман. Основные принципы сетевой модели данных были разработаны в середине 60-х годов, эталонный вариант сетевой модели данных описан в отчетах рабочей группы по языкам баз данных (COnference on DAta SYstem Languages) CODASYL в 1971г.

Наиболее известной из таких систем была IDMS корпорации Computer Associates International, Inc [7].

Сетевая модель данных - это логическая модель данных, представляющая их сетевыми структурами типов записей и связанные отношениями мощности один-к-одному или один-ко-многим.

Сети – это естественный способ представления отношений между объектами базы данных и связей между этими объектами. Под словом объекты следует понимать таблицы баз данных или сущности.

Сетевые базы данных опираются на математику графов, конкретнее, сетевую модель данных можно представить в виде ориентированного графа. Направленный граф состоит из узлов и ребер. Узлы направленного графа – это ни что иное, как объекты сетевой базы данных, а ребра такого графа показывают связи между объектами сетевой модели данных, причем ребра показывают не только саму связь, но и тип связи (связь один к одному или связь один ко многим).

Рисунок 1 – Пример структуры сетевой базы данных

В отличие от реляционной модели, связи в ней моделируются наборами, которые реализуются с помощью указателей. Сетевые модели данных являются расширенной версией иерархической модели, однако основным отличием является то, что в сетевых моделях данных имеются указатели в обоих направлениях, которые соединяют родственную информацию.Сетевую модель можно представить, как граф узлами, которого является запись, а ребрами - набор. Сегменты данных в сетевых БД могут иметь множественные связи с сегментами старшего уровня. При этом направление и характер связи в сетевых БД не являются столь очевидными, как в случае иерархических БД. Поэтому имена и направление связей должны идентифицироваться при описании БД.

СТРУКТУРА СЕТЕВЫХ БАЗ ДАННЫХ

Сетевые базы данных имеют достаточно простую структуру. Структура состоит из четырех компонентов, то есть в сетевой модели используют четыре типа структур данных. Два из которых являются главными и два, если можно так сказать, не главными. Главные типы структур сетевых данных – это запись и набор [6]. Вспомогательные типы структур сетевой модели данных, которые используются для построения главных структур – это элемент данных и агрегат данных, на рисунке 2 представлена вся структура сетевых БД:

Рисунок 2 – Пример структуры сетевых баз данных

Рассмотрим каждую структуру более подробно:

Элемент данных – это наименьшая информационная именованная единица данных, доступная пользователю, если провести аналогию с файловой системой, то это поле в файловой системе, а если проводить аналогию с реляционной базой данных, то элемент данных – один столбец таблицы реляционной БД. Если говорить точнее, то это подстолбец.

Агрегат данных – это именованная совокупность данных внутри одной записи. Аналогию с реляционными БД тут не проведешь, поскольку агрегат данных – это столбец над столбцами, который объединяет элементы данных по логике их содержимого, для наглядности выше сказанного, рассмотрим рисунок 3:

Рисунок 3 – Пример агрегата данных сетевой модели данных

На данном рисунке видно, что дата – это агрегат данных структуры сетевой модели, а день, месяц и год – это элемент данных сетевой БД.

Запись в сетевой модели данных – это конечный уровень обобщения данных, что-то наподобие таблицы в реляционной базе данных. Каждая запись в сетевой базе данных должна обладать или содержать в себе, как минимум один именованный элемент данных, если элементов внутри записи более одного, то каждый элемент данных должен обладать уникальным форматом.

Рисунок 4 – Пример записи сетевой базы данных

Прежде, чем переходить к набору записей, нужно разобраться с тем, что такое тип записи и для чего нужен тип записи в сетевой базе данных. И так, тип записей – это совокупность логически связанных экземпляров записей. Проще сказать – это все записи, которые связаны между собой по смыслу и, которые дополняют друг друга. Если переложить термин тип записей на реальный мир, то это информационная модель (иначе, полное описание) какого-либо объекта из реального мира, например сотрудника фирмы.

Рисунок 5 – Пример агрегата типа повторяющаяся группа

Перейдем к дальнейшему рассмотрению структуры сетевой модели данных.

Рисунок 6 – Пример набора записей сетевой модели данных

Теперь обобщим все то, что было написано выше про структуру сетевой базы данных, собственно обобщает все база данных.

База данных сетевой модели данных – это именованная совокупность экземпляров записей различного типа и экземпляров наборов, хранящих в себе типы связей между записями. Проще говоря, это все записи и все связи между записями [3].

Таким образом мы познакомились со структурой сетевой модели данных, рассмотрели несколько примеров и ознакомились с самыми простыми основами проектирования сетевых баз данных.

ОПЕРАЦИИ НАД ДАННЫМИ

Навигационные операции сетевых баз данных осуществляют переход по связям, определенных в схеме баз данных, в результате таких переходов определяется запись, которую называют текущей (запись сетевой модели, с которой мы будем работать). К навигационным операциям можно отнести:

Найти конкретную запись в наборе однотипных записей и сделать ее текущей;

Перейти от записи-владельца к записи-члену в некотором наборе;

Перейти к следующей записи в некоторой связи;

Перейти от записи-члена к владельцу по некоторой связи.

При помощи операций модификации сетевых баз данных осуществляется добавление новых записей данных, добавление новых наборов данных, удаление записей данных и наборов записей, модификация агрегатов и элементов данных. Для реализации этих операций в системе текущее состояние детализируется путем запоминания трех его составляющих: текущего набора, текущего типа записи, текущего экземпляра типа записи. В такой ситуации возможны следующие операции:

Извлечь текущую запись в буфер прикладной программы для обработки;

Заменить в извлеченной записи значения указанных элементов данных на заданные новые их значения;

Запомнить запись из буфера в БД;

Создать новую запись;

Включить текущую запись в текущий экземпляр набора;

Исключить текущую запись из текущего экземпляра набора.

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ В СЕТЕВУЮ МОДЕЛЬ ДАННЫХ

Бинарные связи концептуальной модели данных без затруднений переносятся на сетевую модель данных. Связь один-ко-многим переносится следующим образом: тип записи со стороны один становится управляющей записью, а тип записи со стороны многим становится подчиненной записью. Для связи один-к-одному запись владелец и подчиненная запись определяется произвольно.

Механизмы поддержания целостности данных в базах данных любой СУБД нужны для того, чтобы избежать всевозможных ошибок, связанных с манипуляцией данными, эти ошибки называются аномалиями:

Аномалия добавления данных в таблицу;

Аномалия модификации данных таблицы;

Аномалия удаления данных из таблицы.

С аномалиями баз данных можно бороться по-разному, например, привести базу данных к третьей нормальной форме или воспользоваться механизмами поддержания целостности данных, реализованными в СУБД. На самом деле, ни одна СУБД в мире не знает о том, что такое нормальная форма, поэтому за нормализацию отвечает разработчик баз данных [5].

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ СЕТЕВОЙ МОДЕЛИ ДАННЫХ

Достоинством сетевой модели данных является ее быстродействие в отличие от иерархической БД, гибкость в хранении данных, универсальность в сравнении с другими моделями, а также возможность доступа к данным через значения нескольких отношений.

Среди недостатков сетевых СУБД следует особо выделить проблему обеспечения сохранности информации в БД, а также достаточно сложную структуру памяти.

Еще один немаловажный недостаток сетевой модели данных – высокая жесткость схемы БД. При изменении структуры БД ведет за собой перестройку всей базы данных. То есть, при изменении структуры данных нужно изменять и приложение.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Акулов О.А. Информатика: базовый курс: Учеб. пособие для студентов вузов / О.А. Акулов, Н.В. Медведев.- 2-е изд., испр. и доп.- М.: Омега-Л, 2005.

Бойко В.В., Савинков В.М. Проектирование баз данных информационных систем. -М: "Финансы и статистика", 2009.

Алексеев Е.Г., Богатырев С.Д. Информатика: учебник – Саранск: Морд. гос. ун-т, 2009.

Золотова С.И. Практикум по Access. / С.И. Золотова – М.: Финансы и статистика, 2003.

Голосов А.О. Аномалии в реляционных базах данных // СУБД. - 1986. - №3.

Дж. Ульман, Дж. Видом. Введение в системы баз данных. – М.: Лори.- 2000.

Карпова Т.С. Базы данных: модели, разработка, реализация. - СПб.: Питер, 2002.

Читайте также: